城市交通信号机的硬件设计

引言
    伴随着现代高新技术的广泛推广与应用，城市交通信号控制系统呈现出两大发展趋势：
    (1)控制理念的变化；
    (2)人工智能技术的应用。
    智能交通信号控制机主要应用在那些城市交叉口车流量较大、交通流冲突较多和复杂的交叉口与岔道口，以及某些道路路段上对交通流方向控制的地方，以改善交通环境，管理和疏导交通为目标，通过交通信号对道路上交通流量的调节、控制和疏导，以达到维护交通秩序，保障交通安全畅通，减少交通事故的目的。

1 交通信号控制机系统概要
    智能交通控制器机是交通控制算法的执行机构。控制器主机硬件采用了可裁剪的模块化设计方案，软件采用具有很好移植性能的C语言编写，主要以单片机为核心实现十字路口红绿灯的自动控制，主要功能有全自动多时段配时控制，半自动控制、手动换相、附加左转绿灯、人行道通行灯等。

2 交通信号控制器硬件设计
2．1 交通信号机硬件整体
    由图1和图2所示的交通信号机的硬件整体框架图和核心电路整体框架可以看出，核心电路板是以单片机为主，其中包括时钟模块、存储模块、键盘输入模块、防死机模块、方案控制显示电路模块、灯色显示电路模块、时间显示模块。下面对上述模块进行简要说明。

    (1)时钟模块：利用DSl2887芯片与单片机AT89C51进行通信，以实现实时时间钟信息的读取。
    (2)存储模块：使用93C46芯片作为单片机的外部存储器，用于存储配时表信息。
    (3)键盘输入模块：利用74LS244设计键盘输入电路。
    (4)防死机模块：利用74LSl23构成复位电路，防止单片机进入死循环。
2．2 时钟模块的电路设计
    时钟电路完成的主要任务是利用时钟芯片与单片机之间的通信，使单片机获得标准的实时时钟信息。在这里选择DSl2887时钟芯片，此芯片具有自带电池，可以断电存储时钟信息。

    时钟模块电路如图3所示。
    (1)当时钟芯片的片选段CS(13管脚)为低电平有效，单片机可对其进行读写；
    (2)单片机的RD(P3．7，17管脚)低电平向时钟芯片的RD(DS，17管脚)发出读取数据请求，此端口有效说明单片机正在读取时钟数据；
    (3)单片机的WR(P3．6，16管脚)低电平向时钟芯片的WR(15管脚)发出写数据请求，此端口有效说明单片机正在向时钟芯片中写数据；
    (4)单片机的ALE(30管脚)用于访问时钟芯片(AS，14管脚)时输出脉冲来锁存低8位地址；
    (5)时钟Rester(18管脚)接100 kΩ电阻串联接Vcc，另外的一个线直接接在Vcc；
    (6)单片机的P0口与时钟芯片的AD端口进行数据通信，从而获取实时时钟信息。
2．3 存储模块
    在设计电路时为了能较高效率使用单片机的I／O口，使用串行闪存93C46芯片进行存储模块电路的设计。

    从图4存储模块电路可以看出：单片机AT89C51利用P3．5口使得93C46芯片的片选信号有效，通过P3．4口进行时钟通信，利用P3．3和P3．2进行数据传输。实现对配时表信息的储存。
2．4 按键电路设计
    面板设计共需要9个按键，利用单片机的P0口的分时复用，解决其中8个按键与单片机的连接，剩下的一个键单独接到P1口。在电路设计中使用了74LS244芯片和74LS139芯片，接线图如图5所示。

2．5 交通灯显示模块
    如图6所示的交通灯显示电路，使用的控制芯片基本和时间显示模块的相同，使用一片74LS139，两片74LS273；电路依然是通过单片机的P0口输出数据用来控制红绿灯的亮灭，利用74LSl39芯片实现不同时间输出不同相位交通灯控制数据。

2．6 防死机电路
    在交通信号控制系统中，为防止“死机”现象，使系统具有自动恢复能力，在其中设防死机系统，即所谓的“看门狗”，其基本接线图如图7所示。

3 结论和展望
    提出了一种新型交通信号机控制系统的硬件设计方法，根据现代城市中交通信号机的发展状况，并针对交通信号机的整体硬件的要求，给出了交通信号机的各部分硬件构成，来满足城市交通信号控制的需求。
    随着科技的发展和社会交通量的日益增大，还可对该交通信号机系统的硬件部分进行升级和扩展，以满足更高的交通控制的需求。